Simulation of sprayed pesticide deposit within a vineyard
Simulation du dépôt de produit phytosanitaire au sein d'un champ de vigne
Résumé
This paper concerns the development of research methodologies for pesticide application with an air assisted sprayer on vines within the scope of improving treatment efficiency and minimising risk level. The objectives are to develop numerical models to calculate the flow sprayed within the canopy and the amount of pesticide captured by the foliage. Measurements were set-up in a vineyard with a fluorescent tracer. A volume of vegetation was referenced in position and harvested to measure leaves surfaces and deposit. Other measurements, in laboratory, gave a description of the physical characteristics of the spray (air velocities, droplet size and velocities) for the sprayer used in field tests. To understand the behaviour of an airflow in presence of vegetation, air velocities were also measured in front of and behind an artificial plant row. Numerical models were developed using the Computational Fluid Dynamic software CFX 4.3. It was proposed to modelise the influence of the vegetation on wind velocities by the use of a resistant force added to the momentum equation. Tests on artificial plants allowed checking relations commonly used in literature between this resistant force and Leaf Area Density. These relations were then used to compute flow velocities for the vineyard test conditions. Deposits were simulated as the product's mass fraction diminution in the air through the canopy. The mass fraction was represented by a scalar in the advection-diffusion equation whereas mass fraction reduction was modelised by a negative source term in the right hand side of the equation. In this work, the measured and computed airflow and deposit were compared.
Cet article concerne le développement de méthodologies de recherche pour l'application de pesticides sur des vignes à l'aide d'un pulvérisateur avec assistance d'air, dans le but d'améliorer l'efficacité de traitement et de réduire au minimum le niveau de risque. Les objectifs sont de développer des modèles numériques pour calculer l'écoulement au travers de la végétation et la quantité de produit retenu par le feuillage. Des mesures ont été réalisées dans un champ de vigne avec un traceur fluorescent. Un volume de végétation a été référencé et les feuilles ont été prélevées pour mesurer leurs surfaces et les dépôts. D'autres mesures, en laboratoire, ont donné les caractéristiques physiques du jet (vitesses d'air, taille et vitesse des gouttelettes) pour le pulvérisateur utilisé dans les essais au champ. Pour comprendre le comportement d'un flux d'air en présence d'une végétation, des vitesses d'air ont été également mesurées devant et derrière une végétation artificielle. Des modèles numériques ont été développés en utilisant le logiciel de dynamique des fluides, CFX 4.3. Il a été proposé de modéliser l'influence de la végétation sur le flux d'air par l'introduction d'une force de résistance dans l'équation de la quantité de mouvement. Les essais sur la végétation artificielle ont permis de vérifier des relations utilisées dans littérature entre cette force de résistance et la densité de surface foliaire. Ces relations ont été alors intégrées dans le calcul de l'écoulement pour les conditions au champ. Les dépôts ont été modélisés par une diminution de la fraction massique de produit au travers de la végétation. La fraction massique a été représentée par une grandeur scalaire dans l'équation d'advection-diffusion tandis que la perte en produit a été modélisé par un terme source négative dans le second membre de l'équation d'advection-diffusion. Au cours de ce travail, les flux d'air et les dépôt mesurés et calculés ont été comparés.